具有能量收集功能的无线传感器网络最优传输策略研究

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在传统的无线传感器网络中,对于电池供电的设备来说,由于能量的制约,延长设备工作时间受到了限制,使用能量收集技术是解决这一问题的一个可行方法。能量收集传输系统因具有提高寿命和易于部署的特性,已经在无线网络应用中得到了广泛的使用。在数据传输中收集能量是此类系统的一个尤其显著的特征。首先,研究了在有能量收集功能的两用户广播信道中,传输数据完成时间最小化问题,其中收集到的能量存储在容量无限的电池中,每个发送者发送固定数量比特给接收者。首先研究了原问题的对偶问题,即到固定时间的发送数据区域最大化。证明了最优总发送功率与单用户信道有相同的结构,然后研究总发送功率如何分配给这两个用户。本文证明了对于更强的用户存在一个截止功率:如果最优总发送功率比这个截止功率水平低,则所有的功率将分配给更强的用户,否则,超出这个截止功率水平的功率分配给弱的用户。文中基于这个最优传输功率策略的结构特性,提出了寻找截止功率的迭代算法,得到了最优全局离线发送策略。然后,研究了电池容量有限时广播信道的最优传输策略,与电池容量无限不同的是,有些能量可能没有被利用就泄漏出去了。因此,需要增加一个无能量泄漏限制条件。通过研究了原问题的对偶问题,即到截止时间的发送数据区域最大化,并且证明了最优总发送功率与单用户功率分配相同,单用户的最优功率分配可以利用定向注水法求解。由于电池容量有限,最优总功率分配的求解时,能量转移的大小受到了限制。然后证明了对于更强的用户存在一个截止功率:如果最优总发送功率比这个截止功率水平低,所有的功率分配给更强的用户,否则,超出这个截止功率水平的功率分配给弱的用户。与电池容量无限时不同的是,最优总功率分配不一定是随时间单调递增的,基于最优策略的结构特性,本文提出了迭代算法,得到了最优全局离线发送策略。仿真结果表明电池容量有限时最大发送区域变小。
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